现代物理实验

课程编码：180081070200P1003H 英文名称：Advanced Physics Experiments 课时：40 学分：2.00 课程属性：学科核心课 主讲教师：何会海等

通过本课程的学习，掌握不同方领域的现代实验方法，提升理解前沿交叉领域实验研究的能力。

普通物理、基础物理实验

第一章 实验原理与方法
第1节 精密测量：
精密测量科学与技术在探索物理规律及发展高新技术方面发挥的重要作用，包括时间、频率、卫星导航、重力探测、引力波探测等领域。时间、频率、光谱的精密测量方法及与之相关的激光器、原子钟、光钟、PDH锁频等关键实验原理与技术。 4学时 于艳梅
第2节 量子仿真和量子信息：
利用激光操控冷原子来模拟量子相变、低维量子气体、人工规范势、宇宙学等领域的实验方法。利用量子系统的各种相干特性（如量子并行、量子纠缠和量子不可克隆等），进行计算、编码和信息传输的方法。量子仿真和量子信息的研究对象，相关的离子阱，单光子探测，纠缠光源等关键实验原理与技术。 4学时 周端陆
第3节 强场物理：
强场激光物理及相关前沿的研究重要性，在国家战略高技术与交叉学科领域中的重要推动作用。阿秒脉冲激光研究为激光武器及惯性约束核聚变的研究提供帮助。利用自由电子激激光可以大大提升在纳米级微观世界里的研究手段和能力，比如活细胞结构与功能成像，非晶材料的本质和相变机理。强场物理实验中涉及到的超快、超强、超冷、超分辨，泵浦-探测等关键实验原理与技术。 4学时 廖国前
第4节 高能粒子探测方法：
高能带电粒子和光子与物质相互作用的常见物理过程，常见的高能粒子源。宇宙线性质及特点、电离和激发过程、闪烁体的性质等实验原理。核与粒子物理实验中常用探测器的构造和工作原理。常见的粒子探测系统包括光电倍增管的工作特性、高能实验物理基本电子学设备的原理、符合测量方法等关键实验原理。 6学时 何会海
第5节 宇宙线探测及数据分析：
利用粒子探测装置获取宇宙线实验数据，运用各种电子学设备及各种分析手段测量和理解闪烁体探测器和高能宇宙线的一些基本的性质。Geant4蒙特卡洛模拟、ROOT分析软件、实验误差及数据分析处理的基本知识等。 6学时 何会海
第6节 凝聚态物理相关实验方法：
固体材料中，晶格、轨道、电荷、自旋等自由度及其相互作用是决定材料能带结构及物性的重要因素。利用扫描探针、扫描透射电镜等技术获取材料晶格、电荷、能谱及磁性等实验数据，运用量子力学、固体物理等学科知识，分析所表征材料的量子物性的微观机理。实现对相关实验设备原理学习、掌握其测量方法及相关实验数据分析等。 12学时 杨槐馨
第二章 实验操作和数据分析
第1节 赝热光HBT实验：
测量赝热光的二阶关联函数，研究其相干时间，相干长度和试验参数的关系。 2学时 贾凤东
第2节 全光纤量子密钥分发实验：
量子加密通信。 2学时 贾凤东
第3节 饱和光谱测量：
利用泵浦-探测的饱和光谱技术，获得高分辨的光谱。 4学时 贾凤东
第4节 宇宙线探测实验：
高能粒子探测器常用的高压及核电子学的使用，信号符合测量方法。利用闪烁体探测器及光电倍增管，对宇宙线进行探测，并在此基础上开展宇宙线天顶角分布测量。对学有余力的同学可以进一步开展宇宙线寿命测量，验证相对论时钟变缓效应。 8学时 刘倩
第5节 凝聚态物理相关实验操作：
原子力显微镜、磁力显微镜、扫描隧道显微镜及针尖和样品的制备、扫描进场光学显微镜、扫描透射电镜等实验技术。获取材料形貌结构、原子结构分辨等。 8学时 周武

【何会海】，1990年毕业于北京大学物理学系，同年进入中国科学院高能物理研究所工作。2009年晋升为高能物理研究所研究员，博士生导师，现为LHAASO项目经理部（筹）副经理兼总工艺师。研究方向：宇宙线物理。先后从事甚高能伽马射线天文实验（兴隆大气契伦科夫望远镜）、广延大气簇射实验（中日合作ASg实验、中意合作ARGO-YBJ实验）研究。1995.8-1996.2、 2000.11－2001.11先后在意大利从事RPC探测器和羊八井ARGO实验数据获取系统的研究，1999 年作为项目主要成员参加羊八井ARGO实验（“羊八井RPC地毯阵列的建造及技术开发研究”子课题负责人）。中科院创新重要方向性项目“利用羊八井国际宇宙线观测站开展高能宇宙线物理研究”之“羊八井宇宙线观测实验”子课题负责人，国家自然科学基金“利用宽视场契仑克夫望远镜进行伽马射线巡天和点源观测研究”项目负责人。作为主要人员先后参加 了中科院CRTNT项目、中科院高能所创新及国家自然科学基金项目Hires数据分析、国家自然科学基金重点项目“利用羊八井宇宙线实验开展粒子天体物理研究”、中国科学院创新重要方向性项目及中科院高能所创新领域前沿项目“大型高海拔空气簇射观测站（LHAASO）计划预先研究”等。

【于艳梅】, 中国科学院物理研究所副研究员。主要研究方向：原子光钟跃迁性质的相对论耦合簇理论计算, 光频标的原子分子结构和精密光谱的相对论计算, 高电荷态离子结构的高精度计算与光频标优选体系搜寻，冷原子，精密测量，相对论原子分子结构计算。

【周端陆】，1995年于北京师范大学物理系获学士学位，1998年于北京师范大学物理系获硕士学位，2001年于中国科学院理论物理所获博士学位。2001年至2003年在清华大学高等研究中心，2003年至2004年在中科院理论物理所，2004年至2006年在乔治亚理工大学物理系从事博士后研究工作。 2006年8月加入中国科学院物理研究所。现为中国科学院物理所研究员，博士生导师。共发表SCI论文68篇。主要研究了基于测量的普适量子计算方案，多体量子纠缠的刻画及其在多体物理中的应用，以及固体和光学体系中奇特的量子相干效应。,

【廖国前】，中国科学院物理研究所特聘研究员，博士生导师。研究方向为超快超强激光与物质的相互作用，目前的主要研究兴趣为强激光驱动的强太赫兹辐射及其应用。现已在国内外学术期刊上发表SCI论文40余篇，主持国家优青、重大研究计划、面上等科研项目。曾获全球物理与天文学会杰出论文奖、蔡诗东等离子体物理奖、中科院院长特别奖、中国光学重要成果等奖项和荣誉。

【杨槐馨】，女，1995年太原理工大学应用化学系毕业，2002年太原理工大学获博士学位。2002-2003年英国EXETER大学从事博士后研究。2004-2006年中国科学院物理研究所从事博士后工作。2006-2011年任中国科学院物理研究所副研究员。现为物理所先进材料与结构分析部研究员。

【周武】，中国科学院大学物理科学学院长聘教授，电子显微学实验室负责人。主要研究方向为单原子分辨电子显微学技术、二维材料与器件、量子材料以及能源材料。共发表学术专著6章、论文220余篇，包括50 余篇Nature、Science 及 Nature子刊，论文引用41,000.余次，2018-2023年连续入选科睿唯安“全球高被引学者”。曾获2012年美国显微学会 Albert Crewe奖、2020年中国物理学会胡刚复物理奖、2024年美国显微学会伯顿奖章(Burton Medal)，以及2024年国家自然科学二等奖等。

【刘倩】, 中国科学院大学物理科学学院长聘副教授。2002年起加入北京谱议BESIII实验国际合作组，参与BESIII的探测器升级以及物理分析和软件开发工作。主要工作包括硬件部分参加BESIII的MUON以及TOF探测器的升级改造工作，目前负责新型探测器THGEM的研究工作；软件部分参与轻强子谱、粲耦素衰变的研究工作。 2012年起加入江门中微子实验国际合作组，参与中微子探测方法及软件开发工作。目前负责中微子液体闪烁体探测器的光学性质研究，担任L3系统负责人。

【路红亮】, 中国科学院大学物理科学学院副教授。研究领域主要集中在利用超高真空分子束外延等先进的材料生长技术制备新型低维材料及其异质结构，利用低温扫描隧道显微镜等技术手段在单原子水平上表征其结构，研究其中的新奇物性，并探索其潜在应用。我们感兴趣的研究对象包括：二维材料及异质结构、单分子器件、氧化物界面的二维电子气等。

【李俊】，中国科学院物理研究所副研究员。2009年本科毕业于武汉大学物理科学与技术学院，之后于2015年在中国科学院物理研究所取得博士学位。2015-2019年间在沙特阿卜杜拉国王科技大学和美国布鲁克国家实验室从事博士后研究工作。2019年3月归国工作至今。主要研究领域包括运用超快电子显微学在飞秒和皮秒时间尺度上探索强关联材料体系处于非平衡态时的结构动力学行为以及新奇隐含量子态，以及运用透射电子显微学研究功能材料中拓扑缺陷的形成机理及其与新颖物性间的关联。

【孙帅帅】，男，现任中国科学院物理研究所副研究员，2013年在中国科学院高能物理研究所获凝聚态物理学博士学位，之后于中国科学院物理研究所和美国密歇根州立大学从事博士后研究工作。主要从事超快电子显微学及激光诱导非平衡态结构动力学研究。担任过中国科学院大学原子物理学课程助教。

【贾凤东】，中国科学院大学物理科学学院副教授。从事冷原子、玻色-爱因斯坦凝聚和等离子体诊断领域的研究。目前已发表 SCI 论文 25篇。目前专注的研究方向：微波电场的量子基准测量、低能离子-原子碰撞。